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出版者:化学工业

作者:葛正浩，田普建编

出品人:

页数:212

译者:

出版时间:2007-7

价格:32.00元

装帧:

isbn号码:9787122007384

丛书系列:

图书标签:

• 加工
• Pro/E
• 模具设计
• 数控加工
• 实例教程
• 机械制造
• 工业工程
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• 模具工艺
• 编程实战
• 制造业

现代制造业核心技术：增材制造与先进材料应用实战指南 书籍定位： 本书旨在为制造业工程师、设计人员、高级技工以及相关专业学生提供一套全面、深入且高度实用的现代增材制造（Additive Manufacturing, AM）技术及其与先进材料集成应用的实战教程。它侧重于前沿制造工艺的原理掌握、复杂零件的设计优化、参数设置的精细控制，以及后处理和质量控制的标准化流程。 内容结构与深度： 本书摒弃传统制造方法的固有思维，聚焦于增材制造技术在航空航天、精密医疗器械、高端模具开发以及复杂功能集成等领域的颠覆性应用。全书共分为六大部分，总计十八章，力求在理论与实践之间建立坚实的桥梁。 --- 第一部分：增材制造技术原理与设备选型（基础构建） 本部分深入剖析当前主流增材制造工艺的物理基础和工程特性，为后续的高级应用奠定坚实基础。 第一章：增材制造技术体系概览与发展趋势 工艺分类深度解析： 详细对比粉末床熔融（PBF，包括SLM/EBM）、定向能量沉积（DED）、粘合剂喷射（Binder Jetting）以及光聚合（Vat Polymerization）等主流技术的能量耦合机制、精度限制与材料兼容性。 第四次工业革命中的角色定位： 探讨增材制造如何与工业物联网（IIoT）、人工智能（AI）驱动的质量控制相结合，实现柔性化与大规模定制的平衡。 第二章：先进制造材料科学基础 高性能金属合金粉末： 重点介绍镍基高温合金（如Inconel 718/625）、钛合金（Ti6Al4V）以及高熵合金在增材制造过程中的微观结构演变、快速凝固效应和各向异性问题。 工程塑料与复合材料： 分析聚合物打印中的热塑性（PEEK, ULTEM）与热固性树脂（陶瓷基复合材料前驱体）的收缩率控制、层间粘结强度优化。 材料的预处理与表征： 探讨粉末的球形度、流动性对打印质量的影响，以及X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）在材料表征中的关键作用。 第三章：关键增材制造设备的硬件与软件集成 PBF设备核心组件分析： 激光系统（光纤、CO2）、扫描策略（跳跃、填充密度）与气体流场控制（惰性气体循环）对孔隙率和残余应力的影响。 工艺参数的数字化映射： 介绍如何从材料数据包（Material Datasheet）转化为可执行的扫描参数集（能量密度、层厚、扫描速度）。 构建环境的精确控制： 深度讨论惰性气体纯度、氧含量阈值控制对于反应性金属打印（如钛）的决定性意义。 --- 第二部分：面向增材制造的设计（DfAM）与拓扑优化实战 本部分的核心是将传统思维从“减材”彻底转向“增材”，教授如何充分利用AM的自由度进行结构创新。 第四章：拓扑优化算法的原理与应用 多物理场约束下的优化目标设定： 讲解如何结合结构载荷、热管理需求（流道设计）、模态频率限制，设定复合优化目标函数。 密度法与水平集法的对比分析： 侧重于在有限元软件（如Abaqus/ANSYS）中实施拓扑优化，并将其结果转化为可制造的STL文件。 第五章：复杂几何结构的集成与减材化思维 晶格结构与点阵结构设计： 详细介绍各种晶格单元（如Kelvin、Octet Truss）的生成、连接机制以及其在轻量化和吸能设计中的应用。 内部流道与冷却技术的集成： 针对热交换器、反应堆组件，演示如何设计复杂的内部曲折流道，实现零件功能的“一材成型”。 第六章：支撑结构设计与角度优化 支撑结构的类型与策略： 区分自支撑结构、接触式支撑与悬浮式支撑，并讨论其对打印时间、材料消耗及后处理难度的影响。 避免打印缺陷的倾斜角度选取： 基于粉末铺展特性和重力效应，确定关键特征的最小安全角度范围，以减少球化和熔池塌陷。 --- 第三部分：复杂零件的切片、路径规划与模拟验证 本部分深入软件层面，讲解如何将设计模型转化为高质量的制造指令，并进行事前验证。 第七章：高级切片软件的核心功能与操作流程 层划分与重构： 探讨针对不同壁厚和曲率的自适应层厚技术，以及如何处理STL网格的修复与优化。 扫描策略的精细化控制： 讲解分区域填充、边界轮廓控制（Offset/Hatch Pattern）以及层间扫描方向切换策略在减少残余应力中的作用。 第八章：预模拟与残余应力预测 有限元法在AM中的应用： 介绍基于热-机耦合的增材制造模拟软件（如Simufact Additive, AM-SURE）的使用，模拟熔池的快速冷却过程。 应力分析与对策： 如何识别高风险区域（如尖角、悬空结构），并通过优化扫描顺序（Thermal Load Balancing）和预热温度来缓解翘曲和开裂。 第九章：多激光系统与异构打印的路径管理 多激光同步控制： 探讨并行打印中激光间的能量干涉效应及路径规划的优化，以确保全局热历史的一致性。 异构材料堆叠路径规划： 针对DED或特定PBF工艺中材料切换的应用，制定避免交叉污染的清洗与沉积路径。 --- 第四部分：增材制造的后处理与表面工程 高质量的最终产品依赖于精细的后处理流程。本部分详细阐述从炉内取出到最终验收的全部步骤。 第十章：去支撑与初始清洁技术 机械式去支撑方法： 钻孔、水刀切割、精密铣削在去除不同支撑材料（金属/聚合物）时的技术要点和工具选择。 化学辅助溶解与电化学去除： 针对复杂内部结构，分析特定化学浴液的选择标准和操作安全规范。 第十一章：热等静压（HIP）与热处理工艺 孔隙率的消除与致密化： 详细介绍HIP的温度、压力曲线设计，目标是使残余孔隙率降至航空标准以下。 消除残余应力与晶粒细化： 针对不同合金体系，制定退火、固溶处理及析出时效的热处理方案，以恢复材料的力学性能。 第十二章：表面精加工与质量提升 机械精加工： 针对增材制造件表面粗糙度（Ra值）的特点，选择合适的磨削、抛光参数。 能量束表面处理技术： 探讨激光熔覆重构（Laser Peening）以提高表面硬度和疲劳寿命的应用。 --- 第五部分：先进增材制造应用案例解析（超越想象） 本部分通过具体行业案例，展示如何将前述理论和技术转化为实际的高价值产品。 第十三章：航空发动机叶片的轻量化与功能集成 复杂内部冷却通道的制造与验证： 案例分析如何使用DED或SLM制造具有三维曲率的内部气膜冷却孔结构，并通过X射线CT进行无损检测。 异种材料连接技术： 探讨增材制造与传统锻造件的激光复合连接工艺。 第十四章：生物医学植入体的定制化与多孔结构 骨小梁仿生结构的生成： 讲解如何根据患者CT数据，设计具有梯度密度的多孔钛合金植入物，促进骨整合。 表面生物活性涂层技术： 增材制造完成后，如何通过等离子喷涂或电化学沉积技术增加羟基磷灰石等生物相容涂层。 第十五章：高端模具的快速制造与性能优化 集成式冷却水道的模具设计： 详细对比传统钻孔冷却与AM曲面冷却水道在成型周期和产品一致性上的优势。 耐磨损工具的梯度强化： 使用不同粉末在同一零件内部实现硬质合金和基体材料的梯度分布。 --- 第六部分：质量保证与数字化监控 本部分关注如何实现增材制造过程的透明化、可追溯性与自动化质量控制。 第十六章：过程监控与传感器集成 原位质量监测技术（In-situ Monitoring）： 深入介绍基于高速红外热像仪（Thermal Imaging）和光电二极管阵列（PDAs）的数据采集原理。 熔池形貌的实时分析： 如何通过图像识别技术，在毫秒级内检测到气孔、未熔合、再熔化等缺陷。 第十七章：无损检测（NDT）的高级应用 计算机断层扫描（CT）在AM中的核心地位： 探讨高分辨率工业CT如何精确量化内部孔隙的尺寸分布、位置与连通性。 超声波检测与荧光渗透检测： 针对不同材料和缺陷特征选择最优的NDT组合方案。 第十八章：可追溯性与数据闭环管理 数字化线程（Digital Thread）的构建： 从设计文件、参数集、过程数据到最终检测报告的完整信息链条管理。 面向未来的自适应制造系统： 探讨基于实时反馈数据，系统自动调整激光功率或扫描速度的闭环控制模型。 目标读者群体： 追求制造效率和产品性能极限的高级工程师、产品研发人员、装备集成商的技术人员，以及致力于掌握前沿制造技术的机械/材料学科的研究生和本科高年级学生。 本书特点： 理论深度适中，侧重于工程化参数的精确设定、复杂软件的工作流梳理，以及先进设备的实际操作经验总结。全书提供大量的工程图示、流程图及真实生产数据分析，是直接指导实际项目的高阶参考手册。

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我用了大概两周时间仔细研读了这本书的进阶章节，特别是关于复杂曲面特征的数控编程部分。这块内容是很多教程都会一带而过的难点，但这本书却用了大量的篇幅进行拆解和分析。作者并没有直接给出标准答案式的操作流程，而是通过模拟真实模具加工中遇到的各种挑战，比如拔模斜度处理、分型面过渡的光顺性等，来引导读者思考最优的刀具路径策略。我尝试着跟着书中的案例进行操作，发现它对参数的微调对最终的加工质量有着决定性的影响，这一点在书中有被反复强调和佐证。这种深入到“工艺细节”的讲解，远超出了普通软件操作手册的范畴，它更像是一位经验丰富的高级技师在手把手地传授实战心得。对于已经掌握基础操作，渴望提升产品质量和加工效率的同行来说，这本书无疑是一本极具价值的“武功秘籍”，能够有效弥补理论知识与实际生产之间的鸿沟。

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这本书的配套资源和学习延伸性是我非常欣赏的一点。虽然书籍本身提供了详尽的文字和图片指导，但作者似乎预见到了读者对实时动态演示的需求。在特定章节的引导下，我能够找到一些额外的在线资源链接（假设此书有配套在线支持），这些资源对于理解三维动画和刀具运动轨迹的直观感受是纸质书难以完全替代的。更重要的是，这本书没有局限于单一的软件版本，它对于不同版本间功能差异的处理方式非常成熟和前瞻性，即强调核心理念的永恒性，同时兼顾新版本带来的便利性优化。这确保了这本书的生命周期会比较长久，不会因为软件更新而迅速过时。对于我们这种需要保持技术更新的企业培训部门而言，选择一本具有前瞻视野的技术书籍至关重要，这本书明显具备这种特质。

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作为一名长期从事产品开发和工艺优化的人士，我对于教材的“实用性”有着近乎苛刻的要求。这本书最大的亮点在于它将理论知识巧妙地嵌入到了真实且具有挑战性的模具案例中。它不像一些纯粹的软件操作手册那样，只是机械地罗列功能按钮，而是真正地模拟了工程师从接到图纸到输出可交付的数控程序的完整工作流。案例的选择非常贴近工业界的实际需求，从简单的柱塞模具到复杂的热流道模具结构，每一步的建模思路、装配策略，乃至最后的NC路径生成，都展现出一种高度的系统性和规划性。通过跟随这本书的步伐，我感觉自己不仅仅是学会了如何操作Pro/E，更是被灌输了一种系统化解决复杂制造问题的能力框架。这对于提升个人在项目中的解决问题的能力，提供了直接而有效的路径，无疑是一本极具实战价值的优秀教程。

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从排版和可读性的角度来看，这本书的处理堪称典范。很多技术书籍动辄上千页，内容堆砌繁杂，读起来令人望而却步，但这本书在信息密度的把控上做得非常出色。它采用了大量图文并茂的对照形式，确保了阅读体验的流畅性。我发现作者在每完成一个大的知识模块后，都会设置一个“经验总结”或“易错点提醒”的版块，这对于巩固记忆和避免重复犯错非常有帮助。这些小提示往往都是基于作者多年来的实际项目经验凝练出来的，非常“接地气”。例如，关于不同材料的切削参数选择，书里不仅给出了推荐值，还解释了背后材料学特性的影响，这种深层次的剖析，极大地提升了这本书的学术价值和工具属性的平衡。我甚至会把它当作一本工具参考书，需要查找特定工艺时的快速检索效率也很高，索引做得非常细致。

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这本书的封面设计简约大气，透露出一种专业严谨的气息。刚拿到手的时候，我主要关注的是它的目录结构，看它如何组织复杂的模具数控加工知识。这本书的章节划分非常合理，从基础的Pro/E操作入门，到核心的曲面和实体建模技巧，再到深入的模具设计流程，每一步都衔接得非常自然。我尤其欣赏作者在基础概念讲解上的耐心，很多新手容易混淆的参数设置和坐标系理解，都被清晰地图解说明了，让人感觉作者非常懂得初学者的痛点。书中的插图质量很高，不仅清晰，而且关键步骤的标注非常到位，几乎不需要对照文字就能理解操作的意图。对于像我这种需要快速上手实践的工程师来说，这种直观的学习方式简直是福音。它不仅仅是讲解软件功能，更像是在传授一种结构化的设计思维，让人明白“为什么”要这么做，而不仅仅是“怎么”做。总体来说，它为后续的深入学习打下了一个极其坚实的地基，让人对接下来要学习的内容充满了期待。

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